浅谈高强钢冲压件的回弹及预防措施

浅谈高强钢汽车冲压件的回弹及预防措施

摘要:随着我国汽车工业的快速发展以及汽车保有量的不断增长，汽车减重、节能、小型化、安全、环保等受到人们的普遍关注，高强钢汽车冲压件将是今后汽车冲压件发展的主流，大量使用高强钢是解决汽车减重、节能、安全、环保的重要途径。

吉利金刚大部分关键冲压骨架件也采用了高强钢板材，大大提高了金刚车的安全性能。但高强钢的特性决定了其自身在冲压成型时存在的不足，回弹就是其中最为棘手的问题，例如左右侧围下框加强板、左右纵梁中段、过桥下前后加强板等。为此，本文介绍了高强钢冲压件在冲压成型过程中存在的回弹问题，并介绍了一些预防措施。以便为以后更为广泛的使用高强钢冲压件做出一点贡献。

关键词：高强钢回弹汽车冲压件预防

1、前言

21世纪以来，中国汽车工业的发展非常迅速。从吉利汽车的发展就可以从中窥见一斑。据调查数据显示，从1992年到2000年，中国汽车年产量从100万辆增加到200万辆，而从200万辆/年增加到300万辆/年只用了不到两年的时间。2002年之后，汽车产量平均每年约增加100万辆。

随着我国汽车工业的快速发展以及汽车保有量的不断增长，道路、停车场、交通安全和燃油紧张等问题也日趋突出。因此，汽车的减重、节能、小型化、安全、环保等备受人们普遍关注，而高强钢汽车冲压件的大量采用对解决上述问题都有帮助。近10年来，汽车用高强钢的发展速度很快。为了适应汽车冲压件高强化的发展趋势，世界各国纷纷开展了高强钢的研发并取得了令人瞩目的进展。

吉利金刚车也在一些关键、安全件上用高强钢代替了普通钢，如侧围下框加强板、左右纵梁中段、过桥下前后加强板、中立柱中部加强板等。这既符合汽车的安全性能需要，也符合汽车的减重、节能的需要，是汽车冲压骨架件发展的趋势。但由于高强钢自身的特性决定了其自身在冲压成

型时存在的不足，回弹就是其中最为棘手的问题之一。以下笔者就高强钢冲压件的回弹及预防措施谈一下自己的见解，以期对高强钢回弹的改进有所帮助。

2、高强钢的特性

高强钢具有很高的抗拉强度、耐冲击性，其抗拉强度是普通钢的3倍甚至更多，因此对汽车的碰撞安全性能非常重要。高强钢的这种特性对汽车的安全、减重和节能是非常重要的，其效果也是非常明显的。研究结果表明，使用高强钢，汽车冲压件抗拉强度从220MPa提高到700MPa，材料厚度从1.8mm减小到1.4mm，而材料可吸收冲击能指数则基本保持不变。汽车减重也与材料强度密切相关。研究表明，材料抗拉强度从300MPa左右提高到900MPa左右，汽车减重率则从25％左右提升到40％左右。由此可以看出使用高强钢已是汽车行业以后发展的趋势。但钢的强度和塑性一般是矛盾的，钢强度的提高必然导致塑性下降。而钢材塑性的下降就为冲压件的成型带来了很多问题和难题，回弹就是其中冲压件成型过程中很难避免的缺陷之一。如何预防、减少高强钢的回弹就成了摆在高强钢冲压件面前最大的问题。

3、高强钢冲压件成型过程中的回弹问题

回弹是板材冲压成形过程的主要缺陷之一。严重影响着冲压件的成型质量和尺寸精度，是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一，它不仅降低了产品质量和生产效率。还制约了自动化装配生产线的实施，是我国汽车制造工业中亟待解决的关键性问题。

从理论上说，板材冲压成形过程可以被看作是板材经过塑性变形变为想要获得的形状的过程。然而实际上，板料尺寸、材料特性和环境条件使冲压成形过程的预测性和可重复性变得困难。以韧性金属板材为主的冲压成形件从模具上取出后，必然产生一定量的回弹。回弹是板材冲压成形的3种主要缺陷(起皱、开裂和回弹)中最难控制的一种，因为它涉及到对回弹量的准确预示。不同的材料和尺寸的零件其回弹规律大不相同，单凭经验和工艺过程类比是很难进行准确的回弹补偿的。因此，冲压成形中的最

终产品形状不但依赖于凹模形状。而且依赖于成形后存储在板料中的弹性应变能。

由于高强钢的塑性较差，变形时易开裂，变形抗力大，这类材料的回弹量往往很大，同时高强度钢板的屈服应力明显高于普通金属板材，成形后的回弹也大，零件尺寸精度不良。因而，在对冲压成型时，要充分考虑到高强钢变形能力小、变形抗力大及回弹较大的特点，以准确压制出符合形状尺寸的冲压件。另外，高强钢对模具的磨损也较大，有时甚至会卡死模具，因此，需对模具表面进行硬化处理。

4、高强钢冲压件的回弹预防措施

回弹是板材成型的固有缺陷是很难完全消除的，只可以预防和减小。由于高强钢的特性决定了其回弹更为严重且更难解决。以下就如何减小和预防回弹做一小结。

克服回弹缺陷的方法有很多。一是要在工艺条件允许的前提下，设法将回弹控制在尽可能小的范围内；二是如果实在回弹量很大且难以控制(高强钢板成形回弹问题)。就必须借助于计算机仿真和试验相结合的办法，通过回弹补偿技术重新构造加工型面，以确保加工精度。

所有由弯曲产生变形的金属板材成形过程的表征是，由弹塑性材料特性引起的板材厚度方向不均匀的位移分布而导致回弹现象的产生。板材体积内存在着残余应力。这些残余应力与冲压件的接触力相平衡。当冲压件被释放，就是把成形件从模具上卸下时，板材将寻找新的平衡位置，局部残余应力被释放，导致成形件的最终尺寸与预期值存在一定的偏差，即回弹现象的产生。也就是说，回弹主要是由于弯曲部位外侧(拉伸)和内侧(收缩)的应力差而引起的。因此。为了减少弯曲变形的回弹。可以考虑给弯曲部位施加外力以消除应力差。

为了减小弯曲变形产生的回弹，应该在工艺条件允许的前提下，尽可能选择屈服应力小的材料。高强度钢板的屈服应力明显高于普通金属板材，这类材料的回弹量往往很大。成形板材的厚度对弯曲回弹影响也很大，通常，板越厚，回弹量越小。此外，工具角部的弯曲半径对回弹影响也不可忽视，弯曲半径越小，成形卸载后的回弹量越小。因此，在板材可成形性允许条件下，应尽可能减小模角半径。

以下就总结一些减小和预防回弹的措施和方法。

4．1局部压缩减小回弹方法

利用压缩工艺在弯曲部位压缩板料外侧(将板料在该部位压缩到大约使厚度减小5％-30％)，且不让弯曲内侧变化。这种"局部压缩"的工艺策略是利用了弯曲部位压缩板料外侧减薄导致板料局部强度降低的有利因素。

4.2一道工序分2段弯曲方法

将一次拉延弯曲成形分成2段弯曲成形．以此消除回弹。第一段弯曲采用大间隙(板厚1．15-1．3倍)加工。由于间隙大，板料倾斜，模具的弯曲半径也大，使板料大致弯曲。第二阶段的弯曲是将第一段弯曲的大弯曲半径尺整形到小弯曲半径厂。第一阶段变形的间隙要从最初的小间隙开始调整，根据控制回弹的效果而逐步放大。

4.3 内侧圆角尺硬化方法

从弯曲部位的内侧进行压缩，以消除回弹。在板材U形弯曲时，由于有两侧对称弯曲，采用这种方法效果比较好。L形弯曲时一般面部分的材料压料力变弱，有时会产生尺寸变差。从形状判断，弯曲部位压力弱。对于既要保证强度又要具有弹性的成形件产品不适用。

4.4消除残余应力方法

拉延成形时在工具的表面增加局部的凸包形状（圆形凸包)。在后道工序时再消除增加的形状，使材料内的残留应力平衡发生变化，以消除回弹。

4.5加强筋冻结形状方法

不改变原产品功能的前提下，改变产品形状，增加加强筋，可以控制和改善回弹。

4.6 负回弹方法

在加工模具表面，设法使板料产生负向回弹。上模返回后，制件回弹，通过负回弹和回弹而达到要求的产品形状。

4.7淬火，回火抑制回弹方法

对板料的弯曲部位进行局部的淬火和回火处理，降低屈服点，进而达到消除回弹之目的